JP2021144211A - フォトマスクを測定するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体リソグラフィ用のフォトマスクを測定するための方法を提供すること。【解決手段】方法は、フォトマスクの少なくとも１つの領域の空間像を記録するステップと、少なくとも１つの関心領域（１）を定義するステップと、少なくとも１つの関心領域（１）内の構造体端部（３）を確認するステップと、フォトマスクによって作り出されることになる所望の構造体（４）を提供するステップと、確認された構造体端部（３）を所望の構造体（４）に適合させるステップと、別個の位置合わせ測定の結果を用いて、適合された構造体端部を変位させるステップとを含む。【選択図】図７

Description

本出願は、参照によりその内容の全体が本明細書に組み込まれている、２０２０年２月１８日に出願した独国特許出願第１０２０２０１０４１６７．５号明細書の優先権を主張するものである。

本発明は、半導体リソグラフィ用のフォトマスクを測定するための、詳細には、いわゆる位置合わせ誤差を確認するための方法に関する。この関連において、位置合わせ(registration)とは、フォトマスク上の位置マーカ、いわゆるアラインメントマーカに対する、マスク上の（また後にウェハ上の）構造体(structures)の位置を意味すると理解されるべきである。投影露光装置において、マスク上のアラインメントマーカは、特に、装置の結像光学ユニットに対するマスク位置（従ってウェハ上の結像の位置）を設定するのにも役立つ。

従って、位置合わせ誤差は、それぞれの関連するアラインメントマーカとの関係における、従ってマスク座標系との関係における、意図される位置に対するマスク上の構造体の実際の位置の偏移である。このような誤差は、特に、ウェハ上に複雑な構造体を形成する目的でいわゆる二重露光が実行される場合、すなわち、ウェハ上の１つの層が２つの異なるフォトマスクを用いて連続して露光される場合には、合計となり、従ってこの場合に正しい位置合わせ、または少なくとも位置合わせ誤差を正確に知ることが特に重要である。

種々のシステム、例えば座標測定機が、フォトマスクの位置合わせの決定のために現在利用可能である。このようなシステムは、サブナノメートル範囲までの優れた空間分解能を提供する。位置合わせを決定するために、通常、露光されることになるいくつかの構造体、いわゆるフィーチャ、あるいは構造体の端部の、記録された空間像(aerial images)が使用される。しかし、特定のシステムは、投影露光装置におけるその後の条件から、著しく外れた照明および光学ユニットを用いる。これは、相対位置に関して、およびそれの形に関しての両方で、座標測定機における位置合わせの決定のための輪郭から著しく外れた、実際のウェハ上に作成された輪郭に繋がる。結果として、マスク面上で測定された位置合わせと、ウェハ上に生成された実際の位置合わせとの間の相関は、まだ最適ではない。

ウェハ上に生成される光強度のより現実的な表示は、マスクの空間像を作り出すためのシステムによって可能である。前述のシステムは、それらが実際の投影露光装置の照明および結像条件を比較的良好に模倣することにおいて優れており、従って、ウェハ上に生成された像の、特にまた現実に近い輪郭および端部の予測を容易にする。しかし、これらのシステムは、位置合わせの高度に精密な測定のための選択項目を提供しない。さらに、記録された像における歪みの補正は制限され、歪みの結果としての誤差は、従来の位置合わせ誤差と同様であり、結像面における位置合わせ誤差と区別され得ない。

本発明の目的は、この目的を達するためにウェハの露光を必要とせずに、半導体リソグラフィプロセスにおいて、ウェハ面上の位置合わせ誤差のより正確な予測を可能にする方法を規定することである。

この目的は、独立請求項１の特徴を有する方法によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な発展形態および変形形態に関する。

半導体リソグラフィ用のフォトマスクを測定する本発明による方法は、
フォトマスクの少なくとも１つの領域の空間像を記録するステップと、
少なくとも１つの関心領域(region of interest)（ＲＯＩ）、すなわち、関心のある構造体を含んだ空間像内の領域を、定義するステップと、
少なくとも１つの関心領域内の構造体端部、すなわち、関心のある構造体の境界を、確認するステップと、
フォトマスクによって作り出されることになる所望の構造体を提供するステップと、
確認された構造体端部を所望の構造体に適合させるステップであって、これらの構造体は「リソターゲット(litho-target)」とも呼ばれ得る、ステップと、
別個の位置合わせ測定の結果を用いて、適合された構造体端部を変位させるステップと
を含む。

光学的効果およびマスク設計基準の理由で、前述のリソターゲットは、それらの輪郭に関して、空間像上の対応する構造体の輪郭からわずかに外れる。測定される構造体の小さな位置決め誤差は、この偏移の理由で生じる。従って、空間像からの確認された構造体は、前述の小さな誤差は別として、それらの正しい位置にある。

結果として、予想される誤差、特にマスクの位置合わせ誤差についてのより精密な情報項目を含んだデータ記録または情報項目が、この方法で得られる。従って、結果は、特に、概して正しい位置合わせ情報を有する、マスクの現実的な空間像を含むことができる。

アラインメントおよび適合プロセスの品質を改善するために、空間像を作り出した後に、空間像を作り出すために用いられたシステムの像誤差、収差、および結像収差の計算の補正(computational correction)が実施され得る。

本発明の１つの変形形態において、測定結果の改善は、確認された構造体端部を適合させるステップにおいて、マスク設計に基づいてシミュレートされた空間像を用いることによって達成され得る。

シミュレートされた空間像に対して、それらを用いてシミュレートされた構造体は、たとえ現実的な空間像からわずかな偏移があるとしても、それらの正しい位置にあると想定することが可能である。しかし、光学的効果および設計基準は、すでにシミュレーションにおいて考慮されているので、偏移は小さい。さらに、輝度レベルの全体的プロファイルに基づくアラインメントは、輪郭に基づくアラインメントより精密である。これら２つの理由により、空間像測定から、構造体の改善されたアラインメントが存在する。

ここで、シミュレートされた空間像は、位置合わせ測定システムのために、および／またはマスク検査システムのために生成され得る。言い換えれば、シミュレートされた空間像は、それぞれのシミュレーションの基礎となる、位置合わせ測定システムおよび／またはマスク検査システムの結像特性によって生成される。

補正方策(correction strategies)は、測定された誤差を補正するためのさらなるステップでの結果に基づいて策定され得る。ここで、ウェハ内の像に対する測定された誤差、またはマスク自体における誤差のいずれかの影響を補正することが可能である。

第１の変形形態において、確認された誤差は、スキャナ固有の補正選択項目によって補正され得る。この目的を達するために、例えば、構造体の確認されたオフセットは、適切なスキャナパラメータの動的適合のもとで、スキャナ内のウェハを露光するときの歪みを原位置で補正するための方策を後に作成する、スキャナソフトウェアに対する入力パラメータとして役立つ。

他の場合において、物理的マスク歪みに対する装置、例えばＣａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＳＭＴ ＧｍｂＨからのＲｅｇＣまたはＦｏｒＴｕｎｅシステムが使用され得る。このような装置は、諸点においてマスクを物理的に伸張することができる。前述の結果が入力されたとき、装置専用ソフトウェアは適切なマスク処理を策定することができる。

理想的には、最良の可能な補正結果を得るために、スキャナおよびマスク歪み装置からの選択項目は組み合わせて考慮される。

さらに、マスク上のあらゆるオフセットは、製造されることになる半導体構造体の機能性に対して、等しく重要ではない。重要な点における小さなオフセットは、重要でない点におけるより大きなオフセットと比べて、より重要として評価されるべきである。従って、何としても、その点の重要さの尺度を有する一定の点において確認されたオフセットを重み付けすることが有利となり得る。結果として、補正方策の作成はさらに、より重要でない点と比べて重要な点をより考慮に入れることによって、最適化され得る。

上述の実施形態は、マスクおよびウェハ露光がチップ面を生成する場合に関する。これは単一露光法または単一パターニングと呼ばれる。

しかしながら、チップ面が２つ以上の、すなわちいわゆる二重もしくは多重露光法、または二重もしくは多重パターニングが用いられる、露光を用いて作り出されることは希ではない。通例、プロセスにおいても２つ以上のマスクが用いられる。これらのマスクのそれぞれは、それら自体の歪みによって、チップ面の全体的像に寄与する。

この場合において、絶対歪みだけでなく、歪み差もその後の半導体構造体に影響を及ぼす。歪みまたは誤差は、述べられる方法による各マスクに対して個々に生成されるので、歪み差は同様に、個々の歪みの簡単な数学的減算によって計算されることができ、補正方策は、スキャナおよび／またはマスクに基づいて、この点において後で最適化され得る。ここで、できる限り最良に各マスクを補正するのではなく、各マスクは、できるだけ小さな、後の半導体構造体上の組み合わされた全体的歪みを生成する、補正を受ける。

本発明の例示的実施形態は、図面を参照して以下でより詳しく述べられる。

マスクの例示的空間像を示す図である。 図１に示される空間像における像誤差、特に歪みを概略的に示す図である。 異なる関心領域への空間像の細分割を示す図である。 抽出された構造体の輪郭を示す図である。 空間像に対するマスク設計の任意選択のマッチングの結果を示す図である。 ウェハ上の所望の構造体を示す図である。 別個の位置合わせ測定の結果が、この時点までに得られた結果と共に提示された説明図である。

図１は、マスク検査システムを用いて実際のマスクを記録した結果を示す。マスクの空間像は、実質的にスキャナにおいても生じ得るが、スキャナと等価な条件のもとでマスク検査システムによって記録されたものが示される。マスク検査システムは、照明側においてできる限り最良にスキャナを再現することによって、スキャナと等価な条件を作成する。例として、これは、照明パターン、いわゆる設定、およびスキャナで用いられるものと同じ波長またはよく似た波長を有する光源を用いた偏光パターンの、柔軟な設定を含む。露光されることになるウェハのフォトレジスト内にも投影され得る、輝度分布が識別可能である。

図２は、マスク検査システムに対して追跡されることができ、像補正の目的で、図１に示される像から差し引かれる、歪みを概略的に示す。これらの歪みはマスク検査システムのみに関するので、それらはスキャナにおけるその後のマスクの使用、従ってチップ製造には無関係である。従って歪みを、マスク自体によって引き起こされる歪みと、マスク検査システムによる歪みとに分離することが有益である。

図３は、歪みが補正された像の、異なる部分領域、いわゆる「関心領域」１への細分割を示し、これはこの説明図において破線を用いて描かれる。これらの関心領域１（以下では「ＲＯＩ」と示される）は、自己完結型のフィーチャ、または関心のあるフィーチャグループ、すなわち、ウェハ上に生成され従ってマスク上に作成されることになるいくつかの構造体２または構造体グループを含むことによって実質的に定義される。

図４は、個々のＲＯＩ１に対する、第１の輪郭抽出の結果を示す。ここで、輪郭は、一定の輝度値、初期に定義されるいわゆる閾値によって抽出され、閾値は実際のウェハ上の端部の作成に対する尺度を表す。使用されるフォトレジストのタイプなど、リソグラフィプロセスのプロセス固有のパラメータも、閾値に対して影響を有することは自明である。像処理から、多数の端部検出方法が知られている（例えば、キャニー法、ソーベル法、傾斜をベースとする方法、およびさらに多くのもの）。このグループからの別の方法も、閾値の代わりに用いられ得る。さらに、輪郭はまた、適切な空間像を用いて訓練されるデータ記録から、人工知能を用いて導き出され得る。個々のＲＯＩ内の実線で示される構造体端部３、すなわち、抽出された輪郭を画定する端部３が結果として得られる。

図５は、空間像に対するマスク設計の任意選択のマッチングの結果を示す。

図６は、ウェハ面内の所望の構造体、すなわち、真っ直ぐな経路によって実質的に画定された構造体として、リソターゲット４を示す。マスク検査システムにおいて測定された端部３は、次にこれらの構造体４にフィッティングされる。具体的には、閾値と、ｘおよびｙ位置が、フィットパラメータとして問題になる。リソターゲット４との関係で、ウェハ面内において実際に測定された輪郭の可能な限り最良の重ね合わせは、フィッティングプロセスから得られる。述べられる厳密な適合は、マスク検査システムの使用によって可能になっており、なぜなら後者はすでに述べられたように、かなりの程度までスキャナの特性を再現するからである。従って、ウェハ面内の相対位置（ｘおよびｙ位置）と、端部位置に対して影響を有する閾値とは、特定の最適化基準が満たされるまで、フィッティングプロセスにおいて変化される。ｘおよびｙ位置はフィッティングプロセスのパラメータと考えられるので、構造体端部の変位はもはや、結果から十分な正確さを有して推定され得ない。特に、図６に基づいて述べられるプロセスは、任意のＲＯＩに対して実行され得る。これは初めて、すべての光学的結像効果、およびそれらのマスク上の位置を含む、スキャナにおいて生成される実際の輪郭の組み合わせを容易にする。

図７は、別個の位置合わせ測定の結果が、この時点までに得られた結果に対して適用される、さらなるステップを示す。図において、特に図の下部に示される詳細な拡大において示されるのは、リソターゲット４であり、これはその真っ直ぐな境界と、空間像測定からフィッティングされた輪郭３（破線を用いて示される）と、別個に測定された位置合わせ誤差によってオフセットされた輪郭５とによって識別可能である。ここで、位置合わせ誤差は、特に、座標測定機を用いて確認されることができ、当然、位置合わせ誤差を確認するための他のプロセスも想定できる。得られる像は、その大きな情報の内容によって際立つ。第１にそれは、ウェハ上で期待されるようになる輪郭の現実的な表示（マスク検査システムの空間像から得られる）を含むが、第２に、それは各関心領域に対して期待されるようになる位置合わせ誤差も含む。特にウェハの同じ層上の構造体が、２つの異なるマスクによる二重露光を用いて生成されるためのものである場合、異なるが存在するマスクの位置合わせ誤差は、リソターゲットから外れたフィーチャの実際の輪郭と組み合わされて合計となり、結果として生じ得る欠陥を有して生成された構造体に繋がる。予見できる問題が、マスク測定に基づいた本発明による適時なやり方において特定され得る結果として、知られているシステムによって効果的で適切なマスク補正に取り組むことが可能である。

しかし、上述の手法は、マスク検査システムによって記録された空間像と、位置合わせ測定システムによって記録された空間像とが、互いに異ならない、または互いにわずかしか異ならないことを仮定している。しかし、前述のシステムは、とりわけ照明および開口数の観点から著しく異なるので、この仮定はあまり正しくない。従って、位置合わせ測定システムによって確認された位置合わせ誤差は、マスク検査システムによって生成された空間像に対して、完全に移転可能ではない可能性がある。

この問題を抑制するために、すでに知られている方法ステップに加えて、マスク設計から、シミュレーション、特にキルヒホッフまたは厳密なシミュレーションを用いて、位置合わせ像と、マスク検査システム像とが生成される。位置合わせ像のシミュレーションは位置合わせに対する値を供給し、特に、それは例えば歪みなどの知られている結像収差を考慮に入れる。このシミュレーションは通常、位置合わせを確認するためのいずれの場合にも実行される。２つのシミュレートされた像を互いに比較することから、位置合わせ測定システムと、マスク検査システムとの間の位置合わせ測定の差分誤差を導き出すことが可能であり、これはマスクのさらなる測定および認定の間に考慮に入れられ得る。

具体的には、ｘ／ｙ適合は、シミュレートされた空間像に基づいて初期に実行される（および、もはやリソターゲットに基づかない）。

次いで、第２のステップにおいて、ならびにｘおよびｙ値のいかなるさらなる適合なしに、閾値は、リソターゲットからそれぞれ考慮される構造体のＣＤ値が、できるだけ最良の程度まで得られるように適合される。

結果として、とりわけ、リソターゲットに関する確認された構造体のオフセットの表示が得られ、なぜならマスク設計のシミュレーションは、ＯＰＣの誤差を識別可能にするからである（すなわち、リソターゲットから始めてマスク設計がそれに基づいて定義されたソフトウェアの）。

１ 関心領域（ＲＯＩ）
２ 構造体
３ 構造体端部
４ リソターゲット
５ 位置合わせ測定からのオフセット輪郭

Claims (7)

1. 半導体リソグラフィ用のフォトマスクを測定するための方法であって、
   フォトマスクの少なくとも１つの領域の空間像を記録するステップと、
   少なくとも１つの関心領域（１）を定義するステップと、
   少なくとも１つの関心領域（１）内の構造体端部（３）を確認するステップと、
   前記フォトマスクによって作り出されることになる所望の構造体（４）を提供するステップと、
   前記確認された構造体端部（３）を前記所望の構造体（４）に適合させるステップと、
   別個の位置合わせ測定の結果を用いて、前記適合された構造体端部を変位させるステップと
   を含む方法。
2. 前記空間像を記録するステップの後に、前記空間像を記録するために用いられた前記システムの像収差の計算の補正がある、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記確認された構造体端部（３）を適合させるステップにおいて、前記マスク設計に基づいてシミュレートされた空間像が用いられる、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記シミュレートされた空間像は、位置合わせ測定システムのために、及び／又はマスク検査システムのために生成される、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記確認された情報項目は、前記マスクに対する、又はスキャナ露光プロセスに対する補正方策を作成するために用いられる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. マスクに対する１つの補正方策は、前記マスクの、対象を定めた物理的伸張である、
   請求項５に記載の方法。
7. 少なくとも２つのマスクに対するマッチングした補正方策が作成されることを特徴とする、
   請求項５又は６に記載の方法。

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